如何使用示波器测量差分信号 - 示波器基础知识100问(上)

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23. 如何使用示波器测量差分信号?

  答:最好的方法是选用差分探头,这时测到的信号最为真实客观;若没有差分探头,可使用 两个差分探头接到示波器的两个通道上(如 Ch1, Ch2),然后用数学运算,得到 ch1-ch2 的波 形并进行分析,这时尽量保持两根探头完全一样,示波器两个通道的 Vertical scale ( 每格多 少伏)设置一样,否则,误差会较大。

  24. 怎样用示波器测量出 USB 总线上的差分信号?

  答:USB 信号的测试分为 2 种情况: 第一种是需要进行符合 USB 组织定义 USB1.1/2.0 总线的物理层测试规范,只有通过 USB 一致性测试后方可打上 USB 标识。USB 物理层一致性测试分为很多个测试项目,主要是考察 USB 信号的信号质量如何,像 Signal Quality Test、 Droop & Drop Test、 Inrush Current Test、 HS Specific Tests、 Chirp Test 、Monotonic Test、 Receiver sensitivity Test、 Impedance Test (TDR) 等等。

  第二种情况是仅观测 USB 总线上的信号,可以选择合适的差分探头连接到 D+, D-,直接进 行 USB 信号的观测。USB2.0 信号速度比较快,上升时间为几百皮秒,为了保证信号的包真度测试,需要选择大于 2GHz 的示波器和差分探头进行测试。

  25. PCB 板上的高速信号特征:XAUI 接口3.125GBd 串行差分信号:60ps,请问需要 多高带宽的示波器才能精确测量?测量误差可达多少?

  答:对 XAUI 接口 3.125GBd 串行差分信号,听起来有点象 InfiniBand 信号,用正弦内插的 方式,或类似等效采样的方式来采集,但由于本身带宽和触发抖动等因素,在其测量 100ps ~ 130ps 范围内的上升时间时,采用 7GHz 差分探头可保证误差《3%,对于《 80ps 的上升时 间测量,其误差会大于 10%, 虽然这已经是实时示波器中最好的方案,单就上升时间测量而 言,最精确的方案是安捷伦的网络分析仪(需配上物理层分析软件),因为其带宽可高达 50GH z。

  26. 对时钟的相位噪声参数的要求很高的设计,需要考虑哪些关键性的问题来降低相位噪声?

  答:在 ADC,DAC 的器件中衡量性能有很多项指标:象位数、转换速度、DC 精度、开关性 能、动态性能(SNR, SINAD,IMD)等等。

  27. 对时钟的相位噪声参数的要求很高的设计,怎样测量相位噪声?

  答:从示波器的角度来看,可以测试 ADC,DAC 的模拟和数字信号的幅度,时间,转换后的 信号质量,转换速度,时钟和数据的建立/保持时间等参数,还可以通过 TDS 示波器中的高 级运算功能(频谱分析功能)来定性测量 SNR,SINAD 等参数。

  28. 由于可能需要引入外界的时钟,这样时钟存在2 选1的问题,此时用什么方案才能 使相位噪声的恶化最小?

  答:首先要分析抖动产生的来源,示波器来分析抖动是一个很好的工具,目前可以使用 TDS5000B/6000B/7000B 系列示波器配合抖动分析软件进行彻底抖动分析,象确定抖动(Dj), 随机抖动(Rj),Rj 和 Dj 的分离,最后通过分析造成抖动的原因来消除抖动。

  29. 在示波器上看波形时,用外触发和自触发来看有何区别?

  答:示波器的通常触发是边沿触发,其触发条件有 2 个,触发电平和触发边沿;即:信号的 上升沿(或者下降沿)达到某一特定电平(触发电平)时,示波器触发。 示波器只有在信 号自触发有问题的时候才会使用外触发,没有哪一个更好的问题。而这种问题通常可能是, 信号比较复杂, 有很多满足触发条件的点,无法每次在同一位置触发,从而得到稳定的显 示。这时需要使用外触发。举例如下:

  如何使用示波器测量差分信号 - 示波器基础知识100问(上)_第1张图片

  观测上面的信号,由于 ABCD 各点都会触发,示波器显示波形将不能稳定。这时可以使用 下面的信号作为触发信号,示波器将得到能够全部周期的显示。

  30. TDS3032B 的带宽是 300MHz,采样频率为 2.5G/s,采样频率为带宽的 8 倍。请问带宽和采样频率之间有什么固定关系?我们也有一款其它厂家的示波器,带宽 100MHz、 采样频率只有 200MHz。为什么两个示波器的带宽采样频率比相差这么大?

  答:带宽是示波器最重要的指标,因为在数字示波器中有 ADC,它的采样率理论上需要满 足 Nyquist 采样定律,即被测信号的最高频率信号的每个周期理论上至少需要采 2 个点,否 则会造成混叠。但是在实际上还取决于很多其它的因素,比如波形的重构算法等。泰克示波 器采用先进的波形重构算法,被测信号的每个周期只需要 2.5 个点就能够重构波形。也有的 示波器采用线性插值算法,可能就需要 10 个点。一般采样率是带宽的 4-5 倍就可以比较准 确地再现波形。

  泰克的 TDS3000B 系列是“实时采样”示波器,即,它的单次带宽(捕获单次信号的能力) =重复带宽,您所说的另一种示波器的单次带宽显然不到 100MHz,您可以看一下它的指标。

  31. 示波器指标中的带宽如何理解?

  答:带宽是示波器的基本指标,和放大器带宽的定义一样,是所谓的-3dB 点,即,在示波 器的输入加正弦波,幅度衰减为实际幅度的 70.7%时的频率点称为带宽。也就是说,使用 100MHz 带宽的示波器测量 1V,100MHz 的正弦波,得到的幅度只有 0.707V。这还只是正 弦波的情形。因此,我们在选择示波器的时候,为达到一定的测量精度,应该选择信号最高 频率 5 倍的带宽。

  32. 测量系统的总带宽如何获得?

  答:测量系统的总带宽=0.35/上升时间(1GHz 以下示波器)。

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